CC BY
14
4. Методика розрахунку складу екзотер!шчних шихт на ochobî TepMoxiMi4Horo aHa^i3y [Текст] / Жигуц Ю., Широков В. // Машинознавство. - Львiв. - 2005. - №4. - С. 48-50.
5. Жигуц, Ю. Ю. Обчислення характеру фазових дiаграм i3 використанням методiв геометрично!' термодинамiки [Текст] / Жигуц Ю. Ю. // Тези доп. мiжн. наук. конф. „Фiзика конденсованих систем та прикладне матерiалознавство". Львiв: НУ „Львiвська тоштехшка". 2007. - C. 16.
Abstract
The present paper the basic solutions to the problem of obtaining cavitation-resistant steels examined the use of thermite steels, the benefits of combining thermite steels with metallotermic methods of getting is showed. The advantages of metallotermic synthesis methods include: autonomy of processes, independence of energy sources, simplicity of equipment, high-performance process and easy transition from experimental research to industrial production. The need to developed the technology of synthesis thermite cavitation-resistant steels, as a result of aluminothermic reactions and establishment of technological features' of synthesis it all led. At the first phase of the study of chemical composition of the synthesized cavitation-resistant steels is determined. In continuation of studies microstructure, mechanical and technological tests were performed. Technological features of the synthesis process and the impact of components exothermic reaction were revealed. The result of comprehensive research was the development of fusion technology thermite cavitation-resistant steel "30Х10Г10", setting of the charge for the synthesis of the specified steel, revealing the microstructure and mechanical properties of thermite steel "30Х10Г10", the research of technological properties of steel, namely the casting of properties and effects on the structure of individual alloying elements.
Keywords: metallothermal synthesis, cavitation-resistant steels, properties
-□ □-
Аналгзуеться ефективний тдх1д до вибору адекватног фгзичног модели катлярно-пористого середовища на основа оргентованих волокни-стих наповнювачгв, що надалг використовуеться для про-гнозування технологгчних параметров одержання вироб1в з композиций епоксиполгмергв, зокрема, в процесах просочуван-ня
Ключовг слова: структура, модель, капгляр, пори, волокни-
стий наповнювач
□-□
Анализируется эффективный подход к выбору адекватной физической модели капиллярно-пористой среды на основе ориентированных волокнистых наполнителей, которая далее используется для прогнозирования технологических параметров получения изделий из композиций эпоксидных полимеров, в частности, в процессах пропитки
Ключевые слова: структура, модель, капилляр, поры, волокнистый наполнитель -□ □-
УДК 535.024: 620.168: 678.02: 678.5.059
Ф1ЗИЧНА МОДЕЛЬ СТРУКТУРИ КАП1ЛЯРНО-ПОРИСТОГО СЕРЕДОВИЩА НА ОСНОВ1 ОР1£НТОВАНИХ
ВОЛОКНИСТИХ НАПОВНЮВАЧ1В
О. £. Колосов
Доктор техшчних наук, професор* Контактний тел.: 067- 446-41-12, (044) 236-95-48 E-mail: a-kolosov@ukr.net; a-kolosov@i.ua В. I. С^вецький Кандидат техшчних наук, професор* Контактний тел.: (044) 454-92-77, 050-440-98-95 Л. А. Кричковська* Контактний тел.: (044) 236-95-48 О. П. Колосова Науковий ствроб^ник** Контактний тел.: (044) 236-95-48 *Кафедра хiмiчного, полiмерного та силкатного
машинобудування **Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни „КиТвський полЬехшчний шститут" пр. Перемоги 37, корпус 19, м. КиТв, УкраТна, 03056
1. Вступ
Для розумшня мехатзму й усшшно! розробки про-сочувальних операцш та реалiзуючого !х технолопч-ного устаткування при отриманш намотувальних кон-струкцiй iз композитiв на основi полiмерних матриць i орieнтованих волокнистих наповнювачiв (ОВН) у виглядi ровшгш, джгутiв, тканин тощо, первинне зна-чення мае вивчення всього комплексу «елементарних» явищ перенесення рiдини i вологи, якi складають фЬ зичну сутшсть реальних операцiй просочення катляр-но-пористих середовищ (тiл) [1].
Шукана фiзична модель, як правило, надалi вико-ристовуеться для детермiнацГi уточнено! математично! моделi технологiчного процесу просочування ОВН по-лiмерними рiдинами, а саме епоксидними зв'язуючими (ЕЗ), з використанням класично! теорп фiльтрацГi для ламшарно! течи в'язко! неньютонiвсько'i рщини, що не стискуеться.
Тому при просочуванш тканих волокнистих напо-внювачiв розчинами ЕЗ, нанесеними на поверхню нан повнювача, вiдбуваeться не тшьки заповнення великих пор i капiлярiв ЕЗ (так звана "пенетращя"), але й про-никнення його безпосередньо у волокна. Перше явище можна умовно назвати "поперечним" просочуванням (тобто просочуванням перпендикулярно до поверхш тканини), друге — "поздовжтм" просочуванням (тобто просочуванням уздовж капiлярiв волокон).
Таким чином, прогнозування кшетики технолопчного процесу просочування орieнтованих i тканих ВН розчинами ЕЗ базуеться, перш за все, на аналiзi структури ВН, i тому е актуальним для моде-лювання реального технолопчного процесу просочу-вання.
2. Постановка задачi
Метою дослщжень е аналiз ефективного шдходу до вибору адекватно! фiзичноi моделi кашлярно-пористого середовища на основi орieнтованих волокнистих наповнювачiв, що надалi використовуеться для прогнозування технолопчних параметрiв одержання виробiв з композицш епоксиполiмерiв, зокрема, в про-цесах просочування.
3. Будова i капiлярна структура орieнтованих i тканих волокнистих матерiалiв
Капiлярну структуру ОВН слiд вщнести до найважливiших факторiв, що впливають на швидкiсть i повноту процесу просочування. Адже надходження просочувально! рщини в цi матерiали е процесом, яким в основному управляють закони кашлярносп i в'язкостi [1].
Досить очевидно, що у загальному випад-ку кашлярна структура будь-якого волокнистого матерiалу складаеться iз мiкроструктури речовини волокна, з якого вш складаеться, а також iз макро-структури волокнистого матерiалу. Причому дiаметр капiлярiв обох структур е зовым рiзного порядку. Тому доречно розглянути обидвi кашлярш структури окре-мо.
Катлярна структура волокон
На рис. 1 наведена схема будови рослинного волокна, яка була запропонована Фрей-Вклшгом [1]. Ця схема враховуе деяю морфолопчш особливостi волокон, а саме: наявтсть фiбрил з дiаметром бiля 0,4 мкм, що вщповщае виокремлюванiй здатностi мiкроскопу, а також бшьш дрiбних мiкрофiбрил.
Окремi природш текстильнi волокна е пучком макроскошчних фiбрил, мiж якими розташованi мжроскошчш капiлярнi простори (рис. 1). У свою чергу, мжроскошчш фiбрили складаються iз пучкiв субмiкроскопiчних фiбрил, мiж якими знаходяться грубi щiлини i пустоти з поперечником (50 - 130) А , що чергуються з тонкими кашлярами, якi мають поперечник не бiльш 10 А .
Рис. 1. Схема будови натурального текстильного волокна по Фрей-Вклшгу [1]: е - окреме волокно; f- мкроскошч-ш фiбрили; к - мiкроскопiчнi кашлярш простори; sf - суб-мкроскопичМ фiбрили; sfc - субмiкроскопичнi кашлярш простори; д - кристалiчнi просторовi грати; s - щiлини мiж кристалiтами
Мiкроскопiчнi i субмiкроскопiчнi кашлярш простори обумовлюють всмоктування рщин сухими волокнами при набуханш
Структура використовуваних хiмiчних волокон значно простша, хоча цi волокна в бшьшосп випадкiв складаються також iз пов'язаних м iж собою кристалтв. Вiдпадають деякi морфологiчнi особливостi волокна: кнування фiбрил, наявнiсть центрального каналу тощо.
При цьому на розподш волокон в перетиш реального композиту ктотний вплив здiйснюють таю чинники, як параметри одержання конструкцп (зусилля натяг-нення наповнювача при просоченш i намотуваннi при одержант оболонкових конструкцiй, шаг розкладки, швидюсть намотування, температурно-часовий режим твердiння i пресування), процентне спiввiдношення складаючи компоненпв, !х властивостi й iн.
Потрiбно пiдкреслити, що одного тiльки геометрич-ного уявлення про пористiсть недостатньо для пояс-нення рiзноi здатност проникнення рiдин у волокно. На проникнення рщини у волокно вельми сильно мо-жуть впливати взаeмодiя рiдини з речовиною поверхнi стшок (адсорбцiя), сили електростатичного тяжiння або вщштовхування тощо.
Таким чином, проникнення просочувально! рiдини в глибину капiлярiв, що е в окремих волокнах, особливо за п коротю термiни, протягом яких вщбуваеться просочування, не може бути значним.
Незмiрно бГльше значення для практики мае про-никнення просочувально! р1дини в простори мiж волокнами (мГжволоконний простiр чи пенетрацiя) або нитками волокнистого матерiалу, про що йдеться далГ
Будова i катлярна структура тканин
СлГд в1дзначити, що найбГльш поширеними видами переплетень тканин, що застосовуються як напо-внювач у процесi формування шаруватих пластиюв, е полотняне, саржеве, сатинове й атласне. Щ види переплетень здшснюють вплив на капiлярну структуру тканин.
Катлярна структура таких матерiалiв, як волокнист полотна i корд, не е постшною, а у великш мiрi залежить в1д умов, в яких знаходяться щ системи, i зокрема, в1д механiчних впливiв, яких вони зазнають в рiзних технолопчних процесах (стиснення мiж на-правляючими i в1джимними роликами, розтягнення в просочувальному агрегат тощо). Тому нижче буде розглянута катлярна структура тшьки тканин, що визначаеться в основному процесом прядшня i ткацт-ва, i що е бiльш або менш постiйною.
Значення iстинного i уявного об'емiв пор тканини, що непросочилася, дае технологу вказГвку на макси-мальне заповнення пор тканини, якого можна чекати при просочувант, i дозволяе використати для характеристики мiри просочування «коефшдент просочування», шд яким мають на увазi вгдношення об'ему пор, заповнених р1диною, до загального об'ему пор тканини.
Крiм того, порiвняння истинно! й уявно! пористостi до i пiсля Гмпрегнування (просочування) може дати iстотнi вказiвки i на змiну санiтарно-гiгiенiчних власти-востей тканини. Установлення максимального дiаметру пор мае велике практичне значення, оскГльки, як ми по-бачимо нижче, саме по цих порах вГдбуваеться в основному проникнення полГмерно! рГдини в тканину.
НарештГ дуже важлива для технолога i експери-ментальна крива розподiлу пор по дiаметру, оскiльки це дозволяе виршити вельми неясне до цього часу пи-тання про те, наскГльки можливi при просочуваннi тканини явища, що дозволяють вгдфшьтровувати частки дисперс1й розчинiв пол1мерних зв'язуючих, i яким мак-симальним розмiром iз ще! точки зору повинт володiти частки дисперс1й розчинiв полГмерних зв'язуючих.
4. Адекватна структурна модель
Усе вищезазначене слугувало до розроблення ефективного пгдходу до вибору вГдповГдно! фГзично! моделi. Послiдовнiсть припущень при побудовi адекватно! структурно! моделi ОВН в технолог!! просочування, що схематично наведена на рис. 2 (а—д), по-лягае в наступному.
Вгд структури ОВН, яка у загальному випадку складаеться i3 системи паралельно-звивистих катля-piB рiзних радiусiв (рис. 2-а), яку можна детермшувати, наприклад, за допомогою функцй розподшу пор радЬ усом р по розмiрах ф(р) [2], переходять за допомогою вщповщних спiввiдношень до осереднення структури ОВН як регулярно! структури лшшних капiлярiв з однаковим поздовжшм перетином (рис. 2-б), схема за-повнення просочувальною р1диною яких показана на рис. 2-е i рис. 2-г (поперечний перетин ОВН).
Рис. 2. Послщовшсть припущень (а—д) при побудовi адекватно! структурно! моделi ОВН в технологi! !х просочування: dв — середнш дiаметр волокна; в — крайовий кут змочування
Тобто в кшцевому пгдсумку переходять до схе-ми просочування одиночного катляру довжиною I (рис. 2-д), дГаметр якого дорГвнюе 2геф.
НадалГ вибрана адекватна фГзична модель структури капГлярно-пористих тГл використовуеться для моделювання реального технолопчного процесу просочування волокнистих наповнювачГв епоксидними зв'язуючими в технолог!! одержання конструкцш Гз орГентованих волокнистих композипв [2]. Це вгдбу-ваеться з використанням класично! теорГ! фшьтрацп для ламшарно! течГ! в'язко! неньютонГвсько! рГдини, що не стискуеться, на базГ застосування вГдповгдно! математично! моделГ, що враховуе штегральш характеристики волокнистого наповнювача як катлярно-пористого тГла, а саме: пористГсть, питому внутршню поверхню, ефективний (еквГвалентний) капГлярний радГус.
5. Висновки
Описаний ефективний пгдхгд до вибору адекватно! фiзично! моделi капiлярно-пористих тiл в технолог!! одержання конструкцш Гз орiентованих волокнистих композипв. Ця фiзична модель використовуеться для детермшацп уточнено! математично! моделi технолопчного процесу просочування волокнистих напо-внювачiв епоксидними зв'язуючими з використанням класично! теорГ! фiльтрацi! для ламшарно! течГ! в'язко! неньютонiвсько! р1дини, що не стискуеться.
d
б
а
в
g
Лiтература
1. Цыплаков, О.Г. Научные основы технологии композиционно-волокнистых материалов. Ч.1 [Текст] / О.Г. Цыплаков. — Пермь, 1974. — 317с.
2. Колосов, О.6. Математичне моделювання базових процеав виготовлення пол1мерних композицшних матер1ал1в 1з засто-суванням ультразвуково! модиф1кацп [Текст] / Колосов О.6., Овецький В.1., Панов 6.М., М1кульонок 1.О. та 1н. - К.: ВД «Едельвейс», 2012. - 268 с.
Abstract
It is shown that the prediction of the kinetics of impregnation process oriented and woven fibrous fillers epoxy binder solution is based primarily on an analysis of the structure of fibrous fillers. In this case, the capillary structure of fibrous fillers should include the most important factors that affect the speed and completeness of the impregnation process, after impregnating fluid flow in these materials is a process, which is mainly governed by laws of capillarity and viscosity. It is shown that in general the capillary structure of any fibrous material consists of material microstructure fiber from which it is made, as well as macro-fiber material, the diameter of the capillaries of the two structures is a completely different order. Are analyzed that the penetration depth of the liquid in the impregnation of capillaries in individual fibers, especially for those short periods during which there is a treatment, there can be significant. Therefore infinitely more practical importance is the penetration of impregnating fluid in the space between the fibers (interfiber space or penetration) or filaments of fibrous material. Describes an effective approach to the selection of an adequate physical model of capillary-porous bodies in the technology of construction of the oriented fiber composites. This physical model is then used for the determination of refined mathematical model of the process of impregnation of fibrous fillers epoxy bonding using conventional filtration theory of laminar flow of viscous non-Newtonian fluid which is not compressed.
Keywords: structure, model, capillary pores, fiberfill
-□ □-
В данш статтi було запропонованао та вико-ристано новий високочутливий поляризацшно-модуляцшний метод спектрометра. СпоЫб поляризацшно-модуляцшшп спектрометра дозволяв з високою чутливютю вимiрювати локальн мехатчт напруження в деталях и оптично прозорих матерiалiв, а використання вiдбитого сонячного випромшювання дозволяв контролювати внутршш напруження в листовому склi великих габаритiв
Ключовi слова: внутршш напруження, поляризацшно-модуляцшний метод,
монокристалхчний сапфiр
□-□
В данной статье был предложен и использован новый высокочувствительный поляри-зационно-модуляционный метод спектрометрии. Способ поляризационно-модуляционной спектрометрии позволяет с высокой чувствительностью измерять локальные механические напряжения в деталях из оптически прозрачных материалов, а использование отраженного солнечного излучения позволяет контролировать внутренние напряжения в листовом стекле больших габаритов
Ключевые слова: внутренние напряжения, поляризационно-модуляционный метод, монокристаллический сапфир -□ □-
УДК 535.15
НОВ1 СПОСОБИ ПОЛЯРИЗАЦ1ЙНОГО КОНТРОЛЮ ВНУТР1ШН1Х НАПРУЖЕНЬ В ДЕТАЛЯХ З ОПТИЧНО ПРОЗОРИХ МАТЕР1АЛ1В
В. П. Маслов
Доктор техычних наук, професор Кафедра наукових, анал^ичних та еколопчних
приладiв i систем Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни "КиТвський пол^ехычний шститут" пр. Перемоги,37, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: (044) 525-05-55 E-mail: vladmaslov@mail.ru
1. Вступ
Вщомо, що в сучасних приладах широко використовуеться такий унжальний матерiал як сапфiр. На прикладi деталей i3 сапфiру показано можлив^ть вимiрювання внутршшх напружень за допомогою поляризацшних методiв контролю. Висо-ка стшюсть до мехатчних, хiмiчних i температурних впливiв, хороша прозоркть в оптичному дiапазонi вщ
ультрафюлетового до шфрачервоного випромшювання, яка властива матерiалу, дають можливють виготовля-ти сапфiровi вжна та лшзи для оптичних приладiв. Деталi iз сапфiру використовують в термоядерних установках при дiагностицi термоядерно! плазми та аналiзi стану поверхш розрядних плазмових камер [1], а також в космiчнiй техншд - для виведення лазерного випромшювання в космiчний проспр i в системах зв'язку космiчних апарапв. Висою електроiзолюючi
